KR20180051196A - 분광기, 생체정보 측정 장치 및 방법 - Google Patents

분광기, 생체정보 측정 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180051196A
KR20180051196A KR1020160148207A KR20160148207A KR20180051196A KR 20180051196 A KR20180051196 A KR 20180051196A KR 1020160148207 A KR1020160148207 A KR 1020160148207A KR 20160148207 A KR20160148207 A KR 20160148207A KR 20180051196 A KR20180051196 A KR 20180051196A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
light source
biometric information
light sources
wavelength
Prior art date
Application number
KR1020160148207A
Other languages
English (en)
Inventor
김동호
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020160148207A priority Critical patent/KR20180051196A/ko
Priority to US15/586,720 priority patent/US10948346B2/en
Priority to EP17177277.5A priority patent/EP3318854B1/en
Priority to CN201710622583.5A priority patent/CN108061714B/zh
Publication of KR20180051196A publication Critical patent/KR20180051196A/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0075—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14532—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14546—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring analytes not otherwise provided for, e.g. ions, cytochromes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7225—Details of analog processing, e.g. isolation amplifier, gain or sensitivity adjustment, filtering, baseline or drift compensation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • A61B5/742—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means using visual displays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/30—Measuring the intensity of spectral lines directly on the spectrum itself
    • G01J3/32—Investigating bands of a spectrum in sequence by a single detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
    • A61B2560/02—Operational features
    • A61B2560/0242—Operational features adapted to measure environmental factors, e.g. temperature, pollution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G01J2003/102—Plural sources
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G01J2003/102—Plural sources
    • G01J2003/106—Plural sources the two sources being alternating or selectable, e.g. in two ranges or line:continuum
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J2003/283—Investigating the spectrum computer-interfaced
    • G01J2003/284—Spectral construction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N2021/3129—Determining multicomponents by multiwavelength light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

일 양상에 따른 분광기는 대상체에 광을 조사하는 복수의 광원과 각 광원의 일면에 설치되며, 각 광원의 피크(peak) 파장대를 조절하기 위한 복수의 파장 조절기 및 대상체로부터 되돌아오는 광을 검출하는 검출부를 포함할 수 있다.

Description

분광기, 생체정보 측정 장치 및 방법{SPECTROMETER, APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING BIO-INFORMATION}
분광기 및 그 분광기를 이용하여 생체정보를 측정하는 장치 및 방법과 관련된다.
최근 라만 분광이나 근적외선 분광 기술을 이용하여 비침습적으로 혈당과 같은 생체 정보를 측정하는 방법이 연구되고 있다. 일반적으로 분광 기술을 적용한 생체정보 측정 기기들은 대상체에 광을 조사하는 광원과 대상체로부터 되돌아오는 광학 신호를 검출하는 디텍터로 구성되며, 디텍터에 의해 검출된 광학 신호를 이용하여 스펙트럼을 재건하고, 재건된 스펙트럼을 이용하여 피부 근적외선 흡수 스펙트럼 분석이나 라만 산란광 분석을 통해 혈당, 콜레스테롤, 칼로리 등의 생체 내 성분 정보를 측정한다. 이와 같은 일반적인 생체정보 측정 기기들은 텅스텐 램프 등의 broad band 광원 및 grating narrow band filter 등을 이용하여 스펙트럼을 얻는 방식을 사용하고 있다.
복수의 광원의 피크 파장을 개별적으로 제어하는 요소를 포함하고 복수의 광원을 시분할 제어함으로써 얻은 포토 다이오드(Photo diode) 신호로부터 스펙트럼을 재건할 때, 스펙트럼 재건 성능을 향상시키는 분광기 및 그 분광기를 이용하여 생체정보를 검출하는 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 분광기는 대상체에 광을 조사하는 복수의 광원, 각 광원의 일면에 설치되며, 각 광원의 피크(peak) 파장대를 조절하기 위한 복수의 파장 조절기 및 대상체로부터 되돌아오는 광을 검출하는 검출부를 포함할 수 있다.
각 파장 조절기는 각 광원의 온도를 조절하기 위한 저항 발열체 및 열전 소자 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 분광기는 각 광원별로 미리 설정된 온도에 따라 각 광원에 대응하는 파장 조절기의 온도를 조절함으로써 각 광원이 미리 설정된 피크 파장대로 광을 조사하도록 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
제어부는 복수의 광원의 온/오프를 시분할로 제어할 수 있다.
제어부는 각 광원이 미리 설정된 피크 파장대 이외의 파장의 광을 조사하도록 미리 설정된 구동 조건에 따라 복수의 광원을 제어할 수 있다.
이때, 미리 설정된 구동 조건은 각 광원별 전류 세기(current intensity) 및 펄스 지속 시간(pulse duration) 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
제어부는 검출부에 의해 검출된 광 신호를 기초로 스펙트럼을 재건할 수 있다.
제어부는 티코노프 규칙화(Tikhonov regularization) 방법을 적용하여 스펙트럼을 재건할 수 있다.
일 양상에 따르면, 생체정보 측정 장치는 본체, 본체에 장착되며, 대상체를 향해 광을 조사하는 복수의 광원과, 각 광원의 일면에 설치되는 복수의 파장 조절기를 포함하는 광원부와 본체에 장착되며, 대상체로부터 되돌아오는 광을 검출하는 검출부 및 본체에 장착되며, 각 파장 조절기를 조절하여 대응되는 광원의 피크 파장을 제어하며 검출된 광을 기초로 대상체의 생체정보를 측정하는 제어부를 포함할 수 있다.
각 파장 조절기는 각 광원의 온도를 조절하기 위한 저항 발열체 및 열전 소자 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제어부는 사용자의 생체정보 측정 요청이 입력되면, 각 광원이 미리 설정된 피크 파장대의 광을 대상체에 조사하도록 각 광원별로 미리 설정된 온도에 따라 각 파장 조절기의 온도를 조절하는 온도 제어부를 포함할 수 있다.
제어부는 사용자의 생체정보 측정 요청이 입력되면, 미리 설정된 구동 조건을 기초로 복수의 광원의 온/오프를 시분할로 제어하는 구동 제어부를 포함할 수 있다.
이때, 미리 설정된 구동 조건은 각 광원별로 설정되며, 전류 세기(current intensity) 및 펄스 지속 시간(pulse duration) 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
제어부는 검출부에 의해 검출된 광 신호를 수신하고, 수신된 광 신호를 처리하여 생체정보를 측정하는 신호 처리부를 포함할 수 있다.
신호 처리부는 수신된 광 신호를 기초로 스펙트럼을 재건하고, 재건된 스펙트럼을 기초로 생체정보를 측정할 수 있다.
신호 처리부는 수신된 광 신호 및 미리 설정된 각 광원별 구동 조건을 기초로 티코노프 규칙화(Tikhonov regularization) 방법을 적용하여 스펙트럼을 재건할 수 있다.
이때, 생체정보는 혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 칼로리, 단백질 및 요산 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
광원부는 각 광원에 의해 조사된 광의 방향을 대상체로 향하도록 조절하는 복수의 방향 조절기를 더 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 측정 장치는 제어부의 제어에 따라 측정된 생체정보를 포함한 각종 정보를 사용자에게 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
또한, 생체정보 측정 장치는 제어부의 제어에 따라 외부 장치와 통신 연결하고, 상기 측정된 생체정보를 포함한 각종 정보를 상기 외부 장치에 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 생체정보 측정 방법은 사용자의 생체정보 측정 명령을 수신하는 단계, 복수의 광원에 대응되는 복수의 파장 조절기를 조절하여 각 광원의 피크 파장을 제어하는 단계, 복수의 광원을 구동하여 대상체에 광을 조사하는 단계, 검출기를 통해 대상체로부터 되돌아오는 광을 검출하는 단계 및 검출된 광을 기초로 대상체의 생체정보를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
피크 파장을 제어하는 단계는 각 광원별로 미리 설정된 온도에 따라 각 파장 조절기의 온도를 조절하여, 각 광원이 미리 설정된 피크 파장의 광을 조사하도록 제어할 수 있다.
광을 조사하는 단계는 미리 설정된 구동 조건을 기초로 복수의 광원의 온/오프를 시분할로 제어할 수 있다.
이때, 미리 설정된 구동 조건은 각 광원별로 설정되며, 전류 세기(current intensity) 및 펄스 지속 시간(pulse duration) 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
생체정보를 측정하는 단계는 검출된 광을 기초로 스펙트럼을 재건하는 단계를 포함하고, 재건된 스펙트럼을 기초로 생체정보를 측정할 수 있다.
또한, 생체정보 측정 방법은 측정된 생체정보를 포함한 각종 정보를 사용자에게 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
복수의 광원의 피크 파장을 개별적으로 제어하고 복수의 광원을 시분할로 온오프를 제어함으로써 다양한 파장대의 광을 검출하여 스펙트럼 재건 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 이와 같이 재건된 스펙트럼을 이용함으로써 측정된 생체정보의 정확성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 분광기의 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 분광기 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 온도에 따른 피크 파장의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 분광기에서 스펙트럼 재건 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 분광기의 스펙트럼 재건 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 생체정보 측정 장치를 도시한 것이다.
도 7은 일 실시예에 따른 생체정보 측정 장치의 본체 후면을 도시한 것이다.
도 8은 일 실시예에 따른 생체정보 측정 장치의 본체 구성의 블록도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 생체정보 측정 방법의 흐름도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 기재된 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 분광기 및 생체 정보 측정 장치 및 방법의 실시예들을 도면들을 참고하여 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 분광기의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 분광기(100)는 광원부(110), 검출부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
광원부(110)는 대상체에 광을 조사하는 복수의 광원(111,112)을 포함할 수 있다. 광원부(110)에 2개의 광원(111,112)만이 도시되어 있으나 이는 설명의 편의를 위한 일 예일 뿐으로 광원의 개수에 있어 특별히 제한되지 않는다. 이때, 복수의 광원(111,112)은 LED(light emitting diode), 레이저 다이오드(laser diode) 및 형광체 등을 포함할 수 있다. 또한, 각 광원(111,112)은 라만 분광 방법이나 근적외선 분광 방법을 이용하기 위하여 레이저 단일광이나 근적외광을 방출하도록 형성될 수 있다.
또한, 광원부(110)는 각 광원의 일면에 설치되어 각 광원의 피크(peak) 파장대를 개별적으로 조절하기 위한 복수의 파장 조절기(121,122)를 포함할 수 있다. 파장 조절기(121,122)는 각 광원(111,112)이 대상체에 방출하는 피크 파장을 개별적으로 조절하기 위하여 전체 광원의 개수에 상응하도록 구비될 수 있으며, 각 광원의 일면에 밀착 설치될 수 있다. 복수의 파장 조절기(121,122)는 제어부(140)의 제어에 따라 대응되는 각 광원(111,112)의 피크 파장을 조절할 수 있다.
예를 들어, 파장 조절기(121,122)는 각 광원(111,112)의 온도를 조절하여 피크 파장을 조절하는 온도 조절 부재 예컨대, 저항 발열체나 열전 소자 등으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 광원의 방출 파장대를 조절할 수 있는 다양한 부재들이 활용될 수 있다.
검출부(130)는 각 광원(111,112)에 의해 방출된 광이 대상체의 조직 특성에 의해 반사되거나 산란되어 되돌아오면, 되돌아오는 광을 검출할 수 있다. 검출부(130)는 포토 다이오드를 포함할 수 있으며, 검출된 광 신호를 전기적인 신호로 변환하여 제어부(140)에 전달할 수 있다. 이때, 검출부(130)는 복수의 포토 다이오드들을 배열한 포토 다이오드 어레이로 이루어질 수 있다.
제어부(140)는 제어 신호를 생성하여 광원부(110)를 제어하여 대상체에 광을 조사하도록 한다. 제어부(140)는 각 광원(111,112)을 구동하기 전에 각 광원(111,112)이 방출하는 피크 파장을 설정할 수 있다. 이때, 제어부(140)는 각 광원(111,112)에 대응되는 파장 조절기(121,122)를 개별적으로 제어하여 각 광원(111,112)의 피크 파장을 설정할 수 있다. 이때, 파장 조절기(121,122)는 대응되는 각 광원(111,112)의 온도를 조절하여 피크 파장을 제어할 수 있도록 온도조절부재로 형성될 수 있다.
제어부(140)는 복수의 광원(111,112)들에 대하여 방출할 피크 파장이 설정되면, 광원(111,112)의 전원을 켜서 대상체에 광을 조사하도록 제어할 수 있다. 이때, 제어부(140)는 복수의 광원(111,112)들을 순차적으로 온/오프를 제어하는 시분할 방식으로 구동시킬 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 복수의 광원(111,112)들의 전원을 동시에 온하여 동시에 광을 방출하도록 구동할 수도 있다. 또한, 제어부(140)는 복수의 광원(111,112) 전체를 구동하거나, 일부의 광원만을 구동할 수도 있다. 또는, 제어부(140)는 미리 설정된 피크 파장에 따라 광원(111,112)들을 둘 이상의 그룹으로 분류하고, 분류된 각 광원들의 그룹을 시분할 방식으로 제어할 수 있다. 다만, 이들은 하나의 예시일 뿐이며 배터리 상태, 분광기의 적용 분야 및, 광을 검출할 포토 다이오드 어레이의 사이즈 등의 다양한 정보들을 기초로 광원들의 제어 방식이 조정될 수 있다.
이때, 각 광원별로 방출 시간, 구동 순서, 전류의 세기(current intensity) 및 펄스 지속 시간(pulse duration) 등을 포함하는 광원 구동 조건이 미리 설정될 수 있으며, 제어부(140)는 미리 설정된 광원 구동 조건을 참고하여 광원들의 구동 방식을 제어할 수 있다. 또한, 구동할 광원의 전류의 세기 및 펄스 지속 시간에 따라 광원을 구동함으로써 온도 조절에 따라 설정된 광원의 피크 파장을 다른 파장대로 쉬프트(shift)시킬 수 있다. 이를 통해, 복수의 광원(111,112)들의 피크 파장을 세밀한 간격으로 설정할 수 있다.
제어부(140)는 광원(111,112)들에 의해 방출된 광이 대상체로부터 되돌아와 검출부(130)에 의해 검출되면, 검출부(130)로부터 검출된 신호를 수신하고 수신된 신호를 이용하여 분석에 필요한 스펙트럼을 재건할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 분광기 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 3은 온도에 따른 피크 파장의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 일 실시예의 분광기(100)의 구조 및 스펙트럼 재건에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 분광기(100)는 하우징(210)을 포함하며, 하우징(210)에 각 광원(111,112) 및 검출부(130)의 검출기(131,132) 등이 장착될 수 있다. 이때, 광원(111,112) 및 검출기(131,132)는 각각 두 개씩 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위함일 뿐 그 개수에 있어 특별히 제한되지 않는다.
또한, 분광기(100)는 대상체(OBJ)와 접촉하는 하부에 형성된 커버(220)를 포함할 수 있으며, 이때, 커버(220)는 AR(Anti-Reflection) 코팅된 글래스(glass)로 형성될 수 있다.
또한, 분광기(100)는 하우징(210)에 실장되어 광원(111,112)에서 방출된 광의 방향을 조정하는 방향 조절기(231,232)를 더 포함할 수 있다. 이때, 방향 조절기(231,232)는 광원(111,112)에서 방출된 광의 방향을 대상체(OBJ)의 피검 부위, 예컨대 요골동맥 부위나, 손목 상부의 정맥혈이나 모세혈을 향하도록 조절하며, 광학 미러(mirror)로 형성될 수 있다. 방향 조절기(231,232)는 방향이나 각도가 초기에 미리 설정될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니므로 제어부(140)의 제어에 따라 방향이나 각도가 자동으로 조절되도록 형성되는 것도 가능하다.
광원(111,112)에 의해 방출된 광은 화살표로 도시된 바와 같이 광 경로를 따라 대상체(OBJ)로 들어가고, 대상체(OBJ)의 조직 특성에 의해 산란 또는 반사되어 검출부(130) 방향으로 이동한다. 각 검출기(131,132)는 대상체(OBJ)로부터 되돌아오는 광을 검출한다. 이때, 분광기(100)는 대상체(OBJ)에 의해 반사 또는 산란되는 광의 방향을 검출부(130) 방향으로 향하도록 집중시켜 주는 광 집중기(240)를 포함할 수 있다. 이때, 광 집중기(240)는 광학 렌즈와 같은 광학 모듈로 형성될 수 있다.
또한, 파장 조절기(121,122)는 광원(111,112)의 일면에 밀착되어 설치될 수 있다. 이때, 파장 조절기(121,122)는 대응되는 각 광원(111,112)과 분리 가능하도록 설치되거나 광원(111,121)과 일체로 형성될 수 있다. 이때, 파장 조절기(121,122)는 광원(111,121)의 온도를 조절하는 저항 발열체나 열전 소자와 같은 온도조절 부재로 형성될 수 있다.
제어부(140)는 파장 조절기(121,122) 및 광원(111,112)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제어부(140)는 구동할 광원(111,112)이 미리 설정된 피크 파장대의 광을 방출할 수 있도록 각 파장 조절기(121,122)의 온도를 미리 설정된 온도로 유지되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 3은 광원 예컨대 LED의 온도에 따라 방출하는 파장의 변화를 도시한 것으로, 온도가 높을수록 방출되는 광의 피크 파장이 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 실시예에 있어서 복수의 광원(111,112)들에 대하여 방출할 피크 파장 및 각 피크 파장을 방출하도록 하는 온도 등을 포함한 광원 구동 조건이 미리 정의될 수 있다. 예컨대, 광원(111)은 1550nm 정도의 피크 파장을 방출하도록 설정되고, 이에 따라 파장 조절기(121)의 설정 온도는 5℃로 정의될 수 있다. 또한, 광원(112)은 1580nm 정도의 피크 파장을 방출하도록 설정되고, 이에 따라 파장 조절기(122)의 설정 온도는 50℃로 설정될 수 있다.
이때, 광원 구동 조건은 사용자의 명령에 따라 조정될 수 있다. 사용자는 인터페이스를 통해 각 파장 조절기(121,122)의 설정 온도를 포함한 다양한 구동 조건을 입력할 수 있으며, 이때, 제어부(140)는 사용자로부터 입력된 정보를 기초로 파장 조절기(121,122)의 설정 온도 및 그 밖의 구동 조건들을 변경할 수 있다.
이때, 광원 구동 조건은 분광기 활용 목적이나 적용 분야, 분석의 정확성, 광원의 개수 등의 다양한 조건에 따라 미리 정의될 수 있다. 예컨대, 생체정보 측정의 경우 측정하고자 하는 생체정보의 종류에 따라 방출할 광의 파장대가 결정될 수 있으며 그에 따라 적절한 온도가 설정될 수 있다. 또한, 분광기 내에 많은 광원이 집적되어 있는 경우 세밀한 피크 파장대의 광을 검출할 수 있도록 온도를 세밀하게 설정할 수도 있다.
한편, 광원 구동 조건은 분광기(100)가 탑재되는 장치 내부의 저장 모듈 또는 그 장치와 연동된 별도의 외부 저장장치에 저장될 수 있다. 여기서, 저장장치는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있으나, 예시된 바에 한정되는 것은 아니다.
한편, 광원 구동 조건은 각 광원(111,112)의 피크 파장을 조절하기 위한 파장 조절기(121,122)의 설정 온도에 관한 정보 외에 각 광원(111,112)의 구동 시간, 구동 순서, 전류 세기(current intensity) 및 펄스 지속 시간(pulse duration) 등을 더 포함할 수 있다.
제어부(140)는 각 광원(111,112)의 피크 파장을 조절하기 위하여 파장 조절기(121,122)의 온도 조절을 통해 각 광원(111,112)의 온도가 조절되면, 각 광원(111,112)의 구동 순서 및 펄스 지속 시간 정보를 기초로 각 광원을 시분할로 온/오프하여 광을 방출하도록 제어할 수 있다. 이때, 각 광원들을 시분할 방식으로 구동하는 경우 구동 순서는 복수의 광원(111,112) 어레이의 배열 순서 또는 방출할 파장대의 크기 순에 따라 정의될 수 있다. 또한, 제어부(140)는 각 광원(111,112)에 대하여 설정된 전류 세기 정보를 기초로 각 광원(111,112)의 전류를 조절함으로써, 각 광원(111,112)의 피크 파장을 다른 파장대로 시프트(shift)시킬 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 분광기에서 스펙트럼 재건 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 일 실시예에 따른 분광기의 스펙트럼 재건 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 광원이 n개의 LED로 이루어진 LED 어레이로 형성되어 있으며, 각 LED의 피크 파장은 광원 구동 조건 예컨대, 온도, 전류 세기 및 펄스 지속 시간 등을 기초로, λ1,λ2,λ3,…,λn을 갖도록 설정되어 있다. 예를 들어, 광원의 일부가 동일한 온도를 갖도록 설정되더라도 전류 세기나 펄스 지속 시간 등을 세부적으로 조절함으로써 피크 파장을 쉬프트시켜 서로 다른 피크 파장을 갖도록 할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 제어부는 설정된 구동 순서 및 펄스 지속 시간 등을 기초로 각 광원을 순차적으로 구동하면서 광을 방출하도록 하고, 검출기(PD)는 대상체(OBJ)로부터 되돌아오는 광을 검출한다. 이때, 일부의 광원만을 구동하는 것도 가능하며 광원을 그룹으로 분류하여 각 그룹별로 시분할로 구동하는 것도 가능하다.
도 4d를 참조하면, 제어부는 검출기(PD)로부터 검출된 광 신호를 수신하여 스펙트럼을 재건할 수 있다. 이때, 제어부는 아래의 수학식 1 및 수학식 2를 통해 불량조건문제(ill-posed problem)를 푸는 티코노프 규칙화(Tikhonov regularization) 방법을 이용하여 스펙트럼을 재건할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, A는 각 광원별 구동 조건에 따라 측정된 기준 스펙트럼 특성의 매트릭스이며, U는 각 광원별로 동일하게 설정된 구동 조건으로 검출기에 의해 실제로 측정된 값의 매트릭스를 의미한다. 또한, z는 재건된 스펙트럼을 의미한다.
Figure pat00002
Figure pat00003
여기서, u는 검출기로 실제로 측정된 매트릭스 U의 각 컴포넌트를 의미하고, E는 단위행렬, A는 커널 매트릭스로서 각 광원별로 구동 조건에 따라 측정된 기준 스펙트럼의 매트릭스를 의미한다. 또한, α는 노이즈 제거 단위를 나타낸다.
도 5는 기준 스펙트럼(510), 본 실시예에 따라 재건한 스펙트럼(520) 및 일반적인 방식으로 재건한 스펙트럼(530)을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따라 각 광원의 피크 파장을 조절하는 방식으로 스펙트럼을 재건한 경우 기준 스펙트럼과 유사한 스펙트럼이 획득됨을 알 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에 따르면 광원의 온도 조절을 통해 각각의 광원들의 방출 파장을 조절함으로써 서로 다른 피크 파장을 갖는 복수의 광원을 하나의 분광기에 집적할 수 있다. 또한, 동일한 온도로 설정된 광원이라고 하더라도 전류 세기나 펄스 지속 시간 등의 다양한 광원의 구동 조건을 세부적으로 설정함으로써 광의 피크 파장 사이의 파장 영역을 세밀하게 조정할 수 있어 정확한 스펙트럼의 재건이 가능하다.
도 6은 일 실시예에 따른 생체정보 측정 장치를 도시한 것이다. 도 7은 일 실시예에 따른 생체정보 측정 장치의 본체 후면을 도시한 것이다. 도 8은 일 실시예에 따른 생체정보 측정 장치의 본체 구성의 블록도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하여 전술한 분광기(100)를 탑재한 생체정보 측정 장치의 실시예들을 설명한다. 본 실시예에 따른 생체정보 측정 장치(600)는 손목 시계형 웨어러블 기기 형태로 제작될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 손목 시계형, 팔찌형, 손목 밴드형, 반지형, 안경형, 헤어밴드형 등 다양하며 그 형태나 사이즈 등에 있어서 특별히 제한되지 않는다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 생체정보 측정 장치(600)는 본체(610) 및 스트랩(613)을 포함할 수 있다.
본체(610)는 스트랩(613)에 의해 대상체의 손목에 착용되며, 생체정보 측정 및 각종 기능을 수행하는 구성들이 본체(610)에 장착될 수 있다.
스트랩(613)은 본체(610)의 양측에 연결되어 서로 체결될 수 있도록 형성되며, 본체(610)가 손목에 밀착된 상태로 손목을 감쌀 수 있도록 플렉서블(flexible)한 부재로 형성될 수 있다. 이때, 본체(610)나 스트랩(613)의 내부에는 웨어러블 기기에 전원을 공급하는 배터리가 내장될 수 있다.
생체정보 측정 장치(600)는 본체(610)의 내부에 장착되는 분광기 구성을 더 포함할 수 있다. 분광기 구성은 광원부(710), 검출부(730) 및 제어부(810)를 포함할 수 있다. 분광기 구성들은 본체(610)에 별도로 분리 가능하도록 장착되거나 일체로 형성되어 장착될 수 있다.
광원부(710)는 도 7에 도시된 바와 같이 본체(610)가 스트랩(613)에 의해 손목에 밀착될 때, 손목에 접촉하는 본체(610)의 후면에 장착될 수 있다. 이때, 광원부(710)는 복수의 파장 조절기(721)에 의해 다양한 파장의 광을 방출하도록 설정되는 복수의 광원(711)들의 어레이로 형성될 수 있다. 이때, 각 광원(711)들은 손목에 광을 조사하기 용이하도록 손목에 노출되거나 손목에 가깝게 배치되며, 각 광원(711)들의 온도를 조절하기 위한 파장 조절기(721)는 각 광원(711)의 후면에 밀착되도록 설치될 수 있다. 한편, 도 7에는 광원(711) 어레이가 원형으로 배열된 것을 도시하고 있으나, 이는 예시에 지나지 않으므로 배열 형태는 본체의 형태, 광원의 개수 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 광원부(710)는 각 광원(711)이 대상체(OBJ)의 피검 부위 방향으로 광을 조사할 수 있도록 광원의 방향이나 각도를 조정하기 위한 방향 조절기를 더 포함할 수 있다.
검출부(730)는 본체(610)의 내부에 장착되며, 본체(610)가 손목에 착용된 상태에서 제어부(810)의 제어에 따라 광원(711)이 광을 손목에 조사하면, 피부 조직에 의해 산란되거나 반사되어 되돌아오는 광을 검출한다. 이때, 검출부(730)는 복수의 포토 다이오드의 어레이로 형성될 수 있다.
제어부(810)는 사용자의 명령을 수신하고, 수신된 명령에 따른 동작을 수행한다. 이때, 사용자가 생체 정보 측정 명령을 입력하는 경우 광원부(710) 및 검출부(730)를 제어하여 광 신호를 획득하도록 하고, 획득된 광 신호를 이용하여 생체정보를 검출할 수 있다.
제어부(810)는 도 8에 도시된 바와 같이 온도 제어부(811), 구동 제어부(812) 및 신호 처리부(813)를 포함할 수 있다.
온도 제어부(811)는 사용자로부터 생체정보 측정 명령이 입력되면 광원부(710)의 각 광원(711)이 미리 설정된 파장의 광을 방출하도록 대응되는 파장 조절기(721)를 제어하여 각 광원(711)의 온도를 설정할 수 있다.
구동 제어부(812)는 각 광원(711)의 온도가 설정되면, 각 광원(711)을 켜서 대상체(OBJ)인 손목에 광을 조사하도록 제어한다. 이때, 구동 제어부(810)는 광원 구동 조건을 확인하고, 구동할 광원, 광원의 구동 순서, 전류 세기 및 펄스 지속 시간 등의 정보를 기초로 광원(711)을 구동할 수 있다.
예를 들어, 구동 제어부(812)는 미리 설정된 광원 구동 조건에 따라 전체 광원을 구동하거나 일부의 광원만을 구동할 수 있으며, 또한, 광원을 동시에 전원을 켜거나, 순차적인 시분할 방식으로 전원을 켜서 광을 방출하도록 제어할 수 있다. 또한, 구동 제어부(812)는 구동되는 광원이 전류 세기나 펄스 지속 시간을 제어할 수 있다. 이와 같이, 광원의 전류 세기나 펄스 지속 시간을 제어함으로써 온도 제어부(811)에 의해 각 광원별로 온도 조절에 따라 설정된 방출 파장대를 조절할 수 있다.
또한, 구동 제어부(812)는 필요에 따라 광원부(710)의 방향 조절기를 조절하여 대상체의 피검 부위로 광이 향하도록 조절할 수도 있다. 이때, 광원 구동 조건은 사용자의 피검 위치나 사용자의 특성에 따라 미리 정의된 방향 조절기의 방향이나 각도 정보 등을 더 포함할 수 있다.
신호 처리부(813)는 사용자로부터 입력된 명령을 수신하고, 사용자 명령이 수신되면 수신된 명령을 처리하기 위한 제어신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 조작부(612)나 표시부(611)의 터치 입력을 통해 생체정보 측정 명령, 생체정보 측정 장치(600)의 기본 기능 예컨대, 시계 관련 기능, 음악 등의 멀티미디어 기능, 외부 장치와 통신 연결 기능 등을 제어하는 명령을 수신하여 처리할 수 있다.
또한, 광원부(710)로부터 방출된 광이 대상체로부터 반사 또는 산란되어, 검출부(730)가 대상체(OBJ)로부터 되돌아오는 광을 검출하면, 신호 처리부(813)는 검출부(730)로부터 광 신호를 수신하여 생체정보를 검출할 수 있다. 이때, 생체정보는 혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 칼로리, 단백질 및 요산 등을 포함할 수 있다.
한편, 신호 처리부(813)는 검출부(730)로부터 수신된 광 신호를 기초로 스펙트럼을 재건하고 재건된 스펙트럼을 기초로 생체정보를 검출할 수 있다. 이때, 신호 처리부(813)는 전술한 수학식 1 및 2와 같이 티코노프 규칙화 방법을 이용하여 스펙트럼을 재건할 수 있다.
또한, 신호 처리부(813)는 측정된 생체정보 및 사용자의 특성 예컨대, 나이, 성별, 보유 질병 등의 정보를 기초로 알람이나 경고 정보를 생성하며, 표시부(611)를 통해 사용자에게 각종 정보를 제공할 수 있다. 또한, 생체정보 측정 장치(600)에 햅틱 장치가 장착되거나 연결되어 있는 경우 촉감이나 진동을 통해 사용자에게 위험도나 경고 정보 등을 제공할 수 있다. 다만, 이러한 예시들에 제한되는 것은 아니며 인터페이스 모듈의 종류, 장치의 성능, 정보 제공의 목적 등에 따라 둘 이상의 시각적, 비시각적 방식을 조합하여 사용자에게 제공할 수 있다.
표시부(611)는 본체(610)의 상부(손목의 반대 방향)에 외부로 노출되도록 장착될 수 있다. 표시부(611)는 생체정보 측정 결과 및 사용자와의 인터랙션을 위한 인터페이스 정보 등을 표시할 수 있다. 이때, 표시부(611)는 색상이나 선의 종류 및 굵기 등의 다양한 시각화 기법을 적용하여 생체정보 측정 결과, 알람 및 경고 정보 등을 사용자에게 표시할 수 있다. 또한, 표시부(611)는 터치 입력이 가능한 모듈로 형성될 수 있으며, 사용자가 터치 입력을 통해 입력하는 명령을 수신하고 수신된 명령을 신호 처리부(813)에 전달할 수 있다.
또한, 생체정보 측정 장치(600)는 본체(610)에 장착되는 조작부(612)를 더 포함할 수 있으며, 이때, 조작부(612)는 본체(610)의 일측면에 외부로 노출된 형태로 제작되어 사용자가 입력하는 각종 제어 명령을 수신하여 제어부로 전달할 수 있다.
또한, 도시되지 않았지만 본체(610)의 내부에 통신부가 추가로 장착되고, 통신 기술을 이용하여 외부의 다른 장치와 통신 연결할 수 있다. 통신부는 신호 처리부(813)의 제어에 따라 측정된 생체정보를 다른 외부 장치에 전송하여, 외부 장치로 하여금 생체정보를 이용한 사용자의 건강 관리 모니터링과 관련된 다양한 기능을 수행하도록 할 수 있다. 예를 들어, 다른 외부 장치는 사용자의 생체정보 이력을 관리하여 통계 정보를 생성하고, 생성된 통계 정보 등을 그래프 등의 형태로 디스플레이에 표시할 수 있다. 이때, 외부 장치는 생체정보 측정장치(600) 보다 상대적으로 컴퓨팅 성능이 뛰어난 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 노트북 PC 등의 정보 처리 장치일 수 있다.
이때, 통신 기술은 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra wideband) 통신, Ant+ 통신 WIFI 통신 및 이동통신 방식을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9는 일 실시예에 따른 생체정보 측정 방법의 흐름도이다. 도 9는 일 실시예에 따른 생체정보 측정 장치(600)에 의해 수행될 수 있다.
도 9를 참조하면, 생체정보 측정 장치(600)는 사용자로부터 생체정보 측정 명령을 수신한다(910). 이때, 사용자는 생체정보 측정 장치(600)에 탑재된 인터페이스 모듈을 통해 생체정보 측정 장치(600)와 인터랙션을 수행하여 각종 명령을 입력할 수 있다.
그 다음, 생체정보 측정 명령이 수신되면, 복수의 광원 각각이 방출하는 피크 파장을 제어한다(920). 예를 들어, 생체정보 측정 장치(600)는 미리 설정되어 있는 광원 구동 조건을 기초로 각 광원의 온도를 조절함으로써 각 광원이 방출하는 피크 파장을 제어할 수 있다. 이때, 일부의 광원만이 구동할 광원으로 설정되어 있는 경우, 구동할 광원의 온도만을 조절하는 것도 가능하다. 이때, 광원의 온도를 조절하기 위해 광원의 일면에 저항 발열체나 열전 소자 등과 같은 온도 조절 부재를 설치할 수 있으며, 온도조절 부재를 통해 광원의 온도를 조절할 수 있다.
그 다음, 구동할 광원에 대한 온도 설정이 완료되면, 구동할 광원, 구동 시간, 구동 순서, 전류 세기 및 펄스 지속 시간 등의 광원 구동 조건을 기초로 광원을 동시 또는 시분할 방식으로 온(ON)시켜 설정된 파장대의 광을 방출하도록 제어할 수 있다(930).
그 다음, 광원에 의해 대상체로 조사된 광이 반사 또는 산란되어 되돌아오면 그 광을 검출한다(940).
그 다음, 검출된 광 신호를 기초로 생체정보를 측정한다(950). 이때, 생체정보 측정 장치(600)는 검출된 다양한 피크 파장대의 광을 기초로 스펙트럼을 재건하고, 재건된 스펙트럼을 이용하여 생체정보를 측정할 수 있다.
그 다음, 측정된 생체정보를 포함한 다양한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다(960). 이때, 생체정보나 경고/알람 등의 정보를 다양한 시각적인 방법으로 표시할 수 있으며, 햅틱 장치 등을 통해 진동, 촉감 등을 통해 정보를 제공할 수 있다.
한편, 본 실시 예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 해당 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
100: 분광기 110: 광원부
111,112: 광원 121,122: 파장조절기
130: 검출부 131,132: 검출기
140: 제어부 210: 하우징
220: 커버 231,232: 방향 조절기
240: 광 집중기 600: 생체정보 측정장치
610: 본체 611: 표시부
612: 조작부 613: 스트랩
710: 광원부 711: 광원
712: 파장 조절기 730: 검출부
810: 제어부 810: 온도제어부
812: 구동제어부 813: 신호처리부

Claims (26)

  1. 대상체에 광을 조사하는 복수의 광원;
    상기 각 광원의 일면에 설치되며, 각 광원의 피크(peak) 파장대를 조절하기 위한 복수의 파장 조절기; 및
    상기 대상체로부터 되돌아오는 광을 검출하는 검출부를 포함하는 분광기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 파장 조절기는
    각 광원의 온도를 조절하기 위한 저항 발열체 및 열전 소자 중의 적어도 하나를 포함하는 분광기.
  3. 제2항에 있어서,
    각 광원별로 미리 설정된 온도에 따라 각 광원에 대응하는 파장 조절기의 온도를 조절함으로써 각 광원이 미리 설정된 피크 파장대로 광을 조사하도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 분광기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 복수의 광원의 온/오프를 시분할로 제어하는 분광기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는
    각 광원이 미리 설정된 피크 파장대 이외의 파장의 광을 조사하도록 미리 설정된 구동 조건에 따라 상기 복수의 광원을 제어하는 분광기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 미리 설정된 구동 조건은 각 광원별 전류 세기(current intensity) 및 펄스 지속 시간(pulse duration) 중의 하나 이상을 포함하는 분광기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 검출부에 의해 검출된 광 신호를 기초로 스펙트럼을 재건하는 제어부를 더 포함하는 분광기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는
    티코노프 규칙화(Tikhonov regularization) 방법을 적용하여 상기 스펙트럼을 재건하는 분광기.
  9. 본체;
    상기 본체에 장착되며, 대상체를 향해 광을 조사하는 복수의 광원과, 각 광원의 일면에 설치되는 복수의 파장 조절기를 포함하는 광원부;
    상기 본체에 장착되며, 대상체로부터 되돌아오는 광을 검출하는 검출부; 및
    상기 본체에 장착되며, 상기 각 파장 조절기를 조절하여 대응되는 광원의 피크 파장을 제어하며 상기 검출된 광을 기초로 대상체의 생체정보를 측정하는 제어부를 포함하는 생체정보 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 각 파장 조절기는
    각 광원의 온도를 조절하기 위한 저항 발열체 및 열전 소자 중의 적어도 하나를 포함하는 생체정보 측정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는
    사용자의 생체정보 측정 요청이 입력되면, 각 광원이 미리 설정된 피크 파장대의 광을 대상체에 조사하도록 각 광원별로 미리 설정된 온도에 따라 각 파장 조절기의 온도를 조절하는 온도 제어부를 포함하는 생체정보 측정 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는
    사용자의 생체정보 측정 요청이 입력되면, 미리 설정된 구동 조건을 기초로 복수의 광원의 온/오프를 시분할로 제어하는 구동 제어부를 포함하는 생체정보 측정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 미리 설정된 구동 조건은 각 광원별로 설정되며, 전류 세기(current intensity) 및 펄스 지속 시간(pulse duration) 중의 하나 이상을 포함하는 생체정보 측정 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 검출부에 의해 검출된 광 신호를 수신하고, 수신된 광 신호를 처리하여 생체정보를 측정하는 신호 처리부를 포함하는 생체정보 측정 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    상기 수신된 광 신호를 기초로 스펙트럼을 재건하고, 재건된 스펙트럼을 기초로 상기 생체정보를 측정하는 생체정보 측정 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    상기 수신된 광 신호 및 미리 설정된 각 광원별 구동 조건을 기초로 티코노프 규칙화(Tikhonov regularization) 방법을 적용하여 상기 스펙트럼을 재건하는 생체정보 측정 장치.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 생체정보는 혈당, 중성지방, 콜레스테롤, 칼로리, 단백질 및 요산 중의 하나 이상을 포함하는 생체정보 측정 장치.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 광원부는
    상기 각 광원에 의해 조사된 광의 방향을 상기 대상체로 향하도록 조절하는 복수의 방향 조절기를 더 포함하는 생체정보 측정 장치.
  19. 제9항에 있어서,
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 측정된 생체정보를 포함한 각종 정보를 사용자에게 표시하는 표시부를 더 포함하는 생체정보 측정 장치.
  20. 제9항에 있어서,
    상기 제어부의 제어에 따라 외부 장치와 통신 연결하고, 상기 측정된 생체정보를 포함한 각종 정보를 상기 외부 장치에 전송하는 통신부를 더 포함하는 생체정보 측정 장치.
  21. 사용자의 생체정보 측정 명령을 수신하는 단계;
    복수의 광원에 대응되는 복수의 파장 조절기를 조절하여 각 광원의 피크 파장을 제어하는 단계;
    복수의 광원을 구동하여 대상체에 광을 조사하는 단계;
    검출기를 통해 대상체로부터 되돌아오는 광을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 광을 기초로 대상체의 생체정보를 측정하는 단계를 포함하는 생체정보 측정 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 피크 파장을 제어하는 단계는
    각 광원별로 미리 설정된 온도에 따라 각 파장 조절기의 온도를 조절하여, 각 광원이 미리 설정된 피크 파장의 광을 조사하도록 제어하는 생체정보 측정 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 광을 조사하는 단계는
    미리 설정된 구동 조건을 기초로 복수의 광원의 온/오프를 시분할로 제어하는 생체정보 측정 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 미리 설정된 구동 조건은 각 광원별로 설정되며, 전류 세기(current intensity) 및 펄스 지속 시간(pulse duration) 중의 하나 이상을 포함하는 생체정보 측정 방법.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 생체정보를 측정하는 단계는
    상기 검출된 광을 기초로 스펙트럼을 재건하는 단계를 포함하고, 상기 재건된 스펙트럼을 기초로 생체정보를 측정하는 생체정보 측정 방법.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 측정된 생체정보를 포함한 각종 정보를 사용자에게 표시하는 단계를 더 포함하는 생체정보 측정 방법.
KR1020160148207A 2016-11-08 2016-11-08 분광기, 생체정보 측정 장치 및 방법 KR20180051196A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160148207A KR20180051196A (ko) 2016-11-08 2016-11-08 분광기, 생체정보 측정 장치 및 방법
US15/586,720 US10948346B2 (en) 2016-11-08 2017-05-04 Spectrometer, apparatus and method for measuring biometric information
EP17177277.5A EP3318854B1 (en) 2016-11-08 2017-06-22 Spectrometer, apparatus and method for measuring biometric information
CN201710622583.5A CN108061714B (zh) 2016-11-08 2017-07-27 光谱仪、用于测量生物特征信息的装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160148207A KR20180051196A (ko) 2016-11-08 2016-11-08 분광기, 생체정보 측정 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180051196A true KR20180051196A (ko) 2018-05-16

Family

ID=59215541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160148207A KR20180051196A (ko) 2016-11-08 2016-11-08 분광기, 생체정보 측정 장치 및 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10948346B2 (ko)
EP (1) EP3318854B1 (ko)
KR (1) KR20180051196A (ko)
CN (1) CN108061714B (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102487058B1 (ko) 2017-11-17 2023-01-09 삼성전자주식회사 생체정보 측정 장치 및 방법
KR102574087B1 (ko) 2018-07-27 2023-09-04 삼성전자주식회사 광 센서, 광 센서 어레이, 생체 신호 측정 장치 및 방법
KR102515833B1 (ko) * 2018-08-01 2023-03-29 삼성전자주식회사 대상체의 성분 분석 장치 및 방법과, 이미지 센서
US10746599B2 (en) * 2018-10-30 2020-08-18 Variable, Inc. System and method for spectral interpolation using multiple illumination sources
KR20200058948A (ko) * 2018-11-20 2020-05-28 삼성전자주식회사 스펙트럼 측정 장치, 스펙트럼의 광원 온도 변화 보정 방법, 농도 추정 장치 및 방법
KR20200077052A (ko) * 2018-12-20 2020-06-30 삼성전자주식회사 항산화 센서 및 항산화 신호 측정 방법
WO2020197497A1 (en) * 2019-03-27 2020-10-01 Ams Sensors Singapore Pte. Ltd. Self-calibrating spectral sensor modules
CN116137891A (zh) 2020-07-24 2023-05-19 特里纳米克斯股份有限公司 用于测量光辐射的光谱仪装置和方法
US11846574B2 (en) 2020-10-29 2023-12-19 Hand Held Products, Inc. Apparatuses, systems, and methods for sample capture and extraction
WO2023111000A1 (en) * 2021-12-15 2023-06-22 Trinamix Gmbh Photodetector for measuring optical radiation

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7890158B2 (en) * 2001-06-05 2011-02-15 Lumidigm, Inc. Apparatus and method of biometric determination using specialized optical spectroscopy systems
DE10027100C2 (de) * 2000-05-31 2002-08-08 Klaus Mueller-Dethlefs Verfahren und Vorrichtung zum Nachweisen von Substanzen in Körperflüssigkeiten
US8730047B2 (en) 2004-05-24 2014-05-20 Trutouch Technologies, Inc. System for noninvasive determination of analytes in tissue
GB0426993D0 (en) * 2004-12-09 2005-01-12 Council Cent Lab Res Councils Apparatus for depth-selective raman spectroscopy
JP4231854B2 (ja) * 2005-03-17 2009-03-04 アンリツ株式会社 半導体レーザ素子及びガス検知装置
KR100735460B1 (ko) 2005-09-09 2007-07-03 삼성전기주식회사 온도 보상 기능을 갖는 ｌｅｄ 구동 제어 회로
KR100754010B1 (ko) 2005-11-16 2007-09-03 한국광기술원 발광다이오드 어레이의 광학 및 열 특성 측정 시스템과 이를 이용한 제어방법
KR100861461B1 (ko) 2007-02-12 2008-10-02 주식회사 엘 앤 에프 발광 다이오드 백라이트 유닛의 휘도 및 색 온도 제어 시스템
KR100943966B1 (ko) 2007-06-11 2010-02-26 주식회사 휴먼엘이디 과열 방지를 위한 발광다이오드 조명등 제어 장치 및 그방법
WO2010014963A2 (en) * 2008-07-31 2010-02-04 Government Of The United States As Represented By The Secretary Of The Army Universal models for predicting glucose concentration in humans
CN102333478B (zh) * 2008-12-24 2014-12-10 葡萄糖传感器公司 可植入的光学葡萄糖感测
WO2010082852A1 (en) 2009-01-06 2010-07-22 Geordie Robert Burling-Claridge Led based coded-source spectrometer
KR101040653B1 (ko) * 2009-01-21 2011-06-10 서울대학교산학협력단 비접촉 광용적맥파 측정장치와 이를 이용한 산소포화도 측정장치 및 혈압 측정장치
EP2409135A4 (en) * 2009-03-20 2012-11-28 Nanolambda Inc MATRIX SENSOR WITH NANO-OPTIC FILTER
KR101490233B1 (ko) 2010-04-15 2015-02-06 피에스아이 주식회사 장파장 투과필터를 포함하는 형광체 전환 단색 ｌｅｄ
US8649838B2 (en) * 2010-09-22 2014-02-11 Covidien Lp Wavelength switching for pulse oximetry
US9282924B2 (en) * 2011-03-31 2016-03-15 Covidien Lp Medical sensor with temperature control
CN103959291B (zh) * 2011-04-20 2018-05-11 诺沃—诺迪斯克有限公司 基于具有自适应选择的核和正则化参数的正则化网络的葡萄糖预测器
CN102564592A (zh) * 2012-01-09 2012-07-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 脉冲闪光灯辐射光谱测量装置和测量方法
JP5265050B1 (ja) 2012-02-27 2013-08-14 株式会社シンクロン Ｌｅｄ光源装置、膜厚測定装置及び薄膜形成装置
DE102012216164B4 (de) * 2012-09-12 2016-04-28 Forschungsverbund Berlin E.V. Vorrichtung mit einer Anordnung optischer Elemente
KR20140050396A (ko) 2012-10-19 2014-04-29 일진엘이디(주) 밴드 패스 필터층을 포함하는 반도체 발광소자 패키지
JP6501714B2 (ja) * 2012-12-05 2019-04-17 ジェネポック・インコーポレイテッドＧｅｎｅｐｏｃ Ｉｎｃ． 光学調査装置
KR101545309B1 (ko) 2013-08-12 2015-08-19 조심현 발광 다이오드용 색온도 변환 필터, 발광 다이오드 모듈 및 이를 포함하는 조명장치
US10278592B2 (en) * 2013-12-09 2019-05-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Modular sensor platform
JP2015210348A (ja) * 2014-04-25 2015-11-24 株式会社日立エルジーデータストレージ 光源モジュールおよび映像投射装置
US9958253B2 (en) * 2014-07-29 2018-05-01 Collage Medical Imaging Ltd. Synchronized dual mode OCT system
KR20160023441A (ko) * 2014-08-22 2016-03-03 서울바이오시스 주식회사 발광소자가 구비된 카메라와, 이를 이용한 피부 촬영 방법 및 피부 상태 측정 방법
US20160113530A1 (en) * 2014-10-23 2016-04-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for acquiring biological information, and wrist watch-type terminal using the same
US11653862B2 (en) 2015-05-22 2023-05-23 Cercacor Laboratories, Inc. Non-invasive optical physiological differential pathlength sensor
CN105069482B (zh) * 2015-08-21 2018-06-15 中国地质大学（武汉） 基于空间正则化流形学习算法的高光谱遥感图像分类方法
JP2017051340A (ja) * 2015-09-08 2017-03-16 株式会社東芝 センサ及びセンサシステム
US10765373B2 (en) * 2016-04-29 2020-09-08 Senseonics, Incorporated Real-time denoising and prediction for a continuous glucose monitoring system

Also Published As

Publication number Publication date
EP3318854A1 (en) 2018-05-09
US20180128680A1 (en) 2018-05-10
CN108061714A (zh) 2018-05-22
EP3318854B1 (en) 2023-01-18
US10948346B2 (en) 2021-03-16
CN108061714B (zh) 2022-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180051196A (ko) 분광기, 생체정보 측정 장치 및 방법
EP3326521B1 (en) Compact spectrometer system for non-invasive measurement of absorption and transmission spectra in biological tissue samples
KR102655737B1 (ko) 생체 성분 추정 장치 및 방법
KR102610590B1 (ko) 생체 내 물질 추정 장치 및 방법, 단위 스펙트럼 획득 장치 및 웨어러블 기기
KR102487058B1 (ko) 생체정보 측정 장치 및 방법
US11363959B2 (en) Bio-signal measuring apparatus and operating method thereof
JP2008543437A (ja) 人の被検体内のブドウ糖を非侵襲的に感知するための方法と装置
KR20200119501A (ko) 생체정보 추정 장치 및 방법
US11484246B2 (en) Apparatus and method for processing spectrum according to change in temperature of object
KR102500765B1 (ko) 분광기, 분광기의 출력이득 조절 방법, 생체정보 측정 장치 및 방법
US20200129095A1 (en) Apparatus and method for estimating biological component
KR102655742B1 (ko) 분석 물질의 혈중 농도 측정 장치 및 방법
US10753797B2 (en) Spectrum processing apparatus and spectrum processing method
US11911157B2 (en) Apparatus and method for estimating target component
KR100612861B1 (ko) 체액 성분농도 측정용 가변파장 발생방법 및 장치
US20220225908A1 (en) Methods and systems for using surrogate markers to improve nutrition, fitness, and performance
KR20240061731A (ko) 중성지방 측정 장치 및 방법
KR20220025378A (ko) 대상 신호 스펙트럼 획득 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal